Java单例模式的知识点详解

时间：2020-12-01 11:37:26|栏目：JAVA代码|点击：次

懒汉模式与饿汉模式

懒汉模式就是懒加载，用到的时候去加载，存在线程安全问题，需要手动地加锁控制。它的优点是类加载的速度比较快，按需加载，节省资源。

饿汉模式就是在类加载的时候会创建出实例。它天生就不存在线程安全问题。但是类加载的速度会变慢且耗费资源。

懒汉模式-单重检查

示例代码如下：

public class LazySingleton {

  private static LazySingleton singletoninstance = null;
  private Object data = new Object();

//私有化构造方法
  private LazySingleton(){

  }
//加锁访问
  public static synchronized LazySingleton getInstance(){

    if(singletoninstance == null){
      singletoninstance = new LazySingleton();
    }
    return singletoninstance;
  }

  public Object getData() {
    return data;
  }

  public void setData(Object data) {
    this.data = data;
  }
}

测试代码如下：

public class TestThread extends Thread {

  @Override
  public void run() {

    LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
    System.out.println(instance.getData());
  }
}

public static void main(String[] args) {

    for(int i =0;i < 10;i++){
      TestThread t = new TestThread();
      t.start();
    }
  }
}

运行结果如下：

java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64
java.lang.Object@306d3b64

打印出同一个object对象，表明是从同一个LazySingleton对象中获取的数据。

但是上述代码存在一个显著的问题：多个线程同时访问getInstance()方法都是排队式的，即使该instance已经被创建的情况下。然而，如果该instance已经被创建，是可以支持并发访问的。需要对锁的控制细粒度化。

懒汉模式-双重检查

public class LazySingleton {
//声明为volatile变量
  private static volatile LazySingleton singletoninstance = null;
  private Object data = new Object();

  private LazySingleton(){

  }

  public static synchronized LazySingleton getInstance(){

    if(singletoninstance == null){
      synchronized (LazySingleton.class) {
        //这个第二重的的检查是必要的
        if(singletoninstance == null)
          singletoninstance = new LazySingleton();
      }
    }
    return singletoninstance;
  }

  public Object getData() {
    return data;
  }

  public void setData(Object data) {
    this.data = data;
  }
}

第二重检查是为了防止：

线程A发现instance未被创建，于是申请锁，进入临界区创建instance；于此同时另一个线程也发现instance未被创建，于是也要申请锁去创建instance，问题就这样发生了。而且，这个instance变量要被声明为volatile，也就是其中一个线程对它就行修改之后（也就是实例化），这一修改立马对其他线程可见，避免了无谓的等待。

检查代码同上，运行结果同上。

饿汉模式

public class HungerSingleton {

  private static final HungerSingleton singletoninstance = new HungerSingleton();
  private Object data = new Object();

  private HungerSingleton(){

  }

  public static HungerSingleton getInstance(){

    return singletoninstance;
  }

  public Object getData() {
    return data;
  }

  public void setData(Object data) {
    this.data = data;
  }

}

在加载该类的时候就立马去实例化instance，不存在线程安全问题（由jvm保证线程安全问题），但是存在资源浪费、加载速度慢的问题。

检查代码同上，运行结果同上。

Holder模式

就是利用一个静态内部类来实现instance的实例化。这里利用了静态内部类的一个特性：该内部类的实例与外部类的实例没有绑定关系，而且只有被调用到才会装载，从而实现了延迟加载

public class HolderSingleton {

  private Object data = new Object();

  private HolderSingleton(){

  }
  
  private static class InnerClass{

    private static HolderSingleton singletoninstance = new HolderSingleton();
  }

  public static HolderSingleton getInstance(){

    return InnerClass.singletoninstance;
  }

  public Object getData() {
    return data;
  }

  public void setData(Object data) {
    this.data = data;
  }
}

测试代码同上，运行结果同上。

在加载InnerClass的时候才会去实例化这个instance，实现了延迟加载，并且同饿汉模式一样，由jvm保证线程安全。这种方法值得推荐。

应用场景:

在整个系统中，只允许共用一个实例的类适合用单例模式来实现，比如:

网站的计数器，只允许存在一个计数器实例；

线程池，只允许存在一个线程池对象；

连接池，只允许存在一个连接池对象；

知识点扩充：

1.为什么要使用单例模式？

在我们日常的工作中，很多对象通常占用非常重要的系统资源，比如：IO处理，数据库操作等，那我们必须要限制这些对象只有且始终使用一个公用的实例，即单例。

2.单例模式的实现方式

构造函数私有化，防止其他类生成唯一公用实例外的实例。且单例类应该被定义为final，也就是说单例类不能被继承，因为如果允许继承那子类就都可以创建实例，违背了类唯一实例的初衷。

类中一个静态变量来保存单实例的引用。

一个共有的静态方法来获取单实例的引用。
3.单例模式的UML类图

4.单例模式的经典实现方式

饿汉式：一开始就创建好实例，每次调用直接返回，经典的“拿空间换时间”。
懒汉式：延迟加载，第一次调用的时候才加载，然后返回，以后的每次的调用就直接返回。经典“拿时间换空间”,多线程环境下要注意解决线程安全的问题。
登记式：对一组单例模式进行的维护，主要是在数量上的扩展，通过线程安全的map把单例存进去，这样在调用时，先判断该单例是否已经创建，是的话直接返回，不是的话创建一个登记到map中，再返回。

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本文标题：Java单例模式的知识点详解

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